JPH1150206A - 粉砕性の良好な鉄系Ｓｉ−Ｍｎ−Ｎｉ合金およびその合金粉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 種々の用途拡大が見込まれる粉砕性の優れた
鉄系Ｓｉ−Ｍｎ−Ｎｉ合金およびその合金粉を提供する
こと。 【解決手段】 重量％で、Ｃ：０．３０〜１．２０％、
Ｓｉ：５．０〜１２．０％、Ｍｎ：１９〜４２％、Ｎ
ｉ：１〜３０％を含み、残部Ｆｅからなり、かつ、Ｍｎ
＋Ｎｉ＝２５〜６０％、Ｓｉ≧１１．８９−２．９２Ｃ
−０．０７７Ｍｎ−０．０６２Ｎｉを満たし、さらにビ
ッカース硬度（Ｈｖ）≧５５０であること、もしくは上
記成分に比透磁率（μ）が１．１０以下で、Ｓｉ≦８．
３Ｃ＋０．１４（Ｍｎ＋Ｎｉ）を満たすことを特徴とす
る粉砕性の良好な鉄系Ｓｉ−Ｍｎ−Ｎｉ合金およびその
合金粉。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に粉砕性の優れ
た鉄系Ｓｉ−Ｍｎ−Ｎｉ合金およびその合金粉に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、フェロシリコン、フェロマンガ
ン、シリコマンガン及びフェロニッケルは、そのＪＩＳ
規格に規定されているように工業的に大量生産され、主
として鉄鋼製造時の脱酸、脱硫、造滓および合金成分添
加剤などに用いられている。そして、これらの合金鉄は
その用途上、規定されている粒度に従って、合金粉又は
粒として供給されていることになっている。

【０００３】一方、近年、鉄鋼成品の多様化に伴い、従
来のＪＩＳ規格にない合金鉄の必要性が高くなってきて
いる。例えば高張力鋼や低温用鋼等の鋼構造物の溶接に
適用するアーク溶接用フラックス入りワイヤのフラック
スには、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉおよび鉄粉等を同時に含有し
ているものが一般的である。これらの原料としては、単
体原料（Ｓｉ粉、Ｍｎ粉及びＮｉ粉）の他、上記の粉粒
状のフェロシリコン、フェロマンガン、シリコマンガ
ン、フェロニッケルなどが主に使用されているが、フラ
ックス中に占めるこれら原料の配合割合は合計で数１０
％に達する場合があり、かつＭｎ、Ｓｉ及びＮｉは溶接
部の品質に対し相互に強く作用し合う成分である。従っ
て、これら原料を配合、混合したフラックスには原料ロ
ット毎の成分変動や原料種類の粒径差により生じる成分
偏析などがなく、所定量のＳｉ、Ｍｎ及びＮｉを含有す
るフラックス組成となっていることが望ましい。

【０００４】このためには、数種類の粉末原料を配合し
て揃えた成分とほぼ同一の成分を持った鉄系Ｓｉ−Ｍｎ
−Ｎｉの単一鉄合金粉を、Ｓｉ、Ｍｎ及びＮｉの主原料
としてフラックス中に配合することにより達成出来る。
この場合、鉄系Ｓｉ−Ｍｎ−Ｎｉ合金におけるＦｅ成分
は鉄粉の代用となる。このような鉄合金粉を製造するに
あたり、粉体として大量生産するためには、その製造過
程において容易に粉砕が可能であることが必要である。

【０００５】また、例えば特公平４−７２６４０号公
報、特公平４−６２８３８号公報及び特開平５−３１５
９４号公報等の提案に見られるような帯鋼の成形とフラ
ックスの充填、シーム溶接を連続して行うフラックス入
りワイヤの製造方法においては、磁性を帯びた鉄合金粉
を混合したフラックスを供給するとシーム部の融合不良
等が発生しやすくなり、フラックス入りワイヤの製造歩
留および鋼材溶接時の溶接品質に悪影響を及ぼす場合が
ある。従って、さらに非磁性という特性を持った鉄系Ｓ
ｉ−Ｍｎ−Ｎｉ合金粉の開発が要望されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで、上記のような
粉砕しやすい鉄系Ｓｉ−Ｍｎ−Ｎｉ合金は、溶接用原料
素材に限らず、また、成分偏析を極度に嫌う製鋼用原料
や粉末冶金用原料などに用いてその特性が様々に利用で
きる。しかしながら、従来においてはその粉砕性を利用
でき、また常法の機械的粉砕法で容易に粉粒状にできて
工業的に多量生産が可能な鉄系Ｓｉ−Ｍｎ−Ｎｉ合金粉
は存在していないのが実状である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、種々
の用途拡大が見込まれる粉砕性の優れた鉄系Ｓｉ−Ｍｎ
−Ｎｉ合金およびその合金粉を提供することを目的とす
る。その発明の要旨とするところは、 （１） 重量％で、Ｃ：０．３０〜１．２０％、Ｓｉ：
５．０〜１２．０％、Ｍｎ：１９〜４２％、Ｎｉ：１〜
３０％を含み、残部Ｆｅからなり、かつ、Ｍｎ＋Ｎｉ＝
２５〜６０％、Ｓｉ≧１１．８９−２．９２Ｃ−０．０
７７Ｍｎ−０．０６２Ｎｉを満たし、さらに、ビッカー
ス硬度（Ｈｖ）≧５５０であることを特徴とする粉砕性
の良好な鉄系Ｓｉ−Ｍｎ−Ｎｉ合金。

【０００８】（２）重量％で、Ｃ：０．３０〜１．２０
％、Ｓｉ：５．０〜１２．０％、Ｍｎ：１９〜４２％、
Ｎｉ：１〜３０％、残部Ｆｅからなり、かつ、Ｍｎ＋Ｎ
ｉ＝２５〜６０％、Ｓｉ≧１１．８９−２．９２Ｃ−
０．０７７Ｍｎ−０．０６２Ｎｉ、Ｓｉ≦８．３Ｃ＋
０．１４（Ｍｎ＋Ｎｉ）を満たし、さらに、ビッカース
硬度（Ｈｖ）≧５５０、および比透磁率（μ）が１．１
０以下であることを特徴とする粉砕性の良好な鉄系Ｓｉ
−Ｍｎ−Ｎｉ合金。

【０００９】（３）Ｐ：０．１０〜０．４０％を含有す
ることを特徴とする前記（１）または（２）記載の鉄系
Ｓｉ−Ｍｎ−Ｎｉ合金。 （４）粒径２１２μｍ以下であることを特徴とする前記
（１）〜（３）記載の鉄系Ｓｉ−Ｍｎ−Ｎｉ合金粉にあ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。本発明者らは、先ず、少量溶解実験により種々組
成を変化させた鉄系Ｓｉ−Ｍｎ−Ｎｉ合金を溶解し、溶
湯を鋳型に鋳込み凝固させた後、この鋳片の粉砕性およ
び磁性を調査した。その結果、特にＳｉは粉砕性および
磁性に及ぼす影響が非常に大きく、しかも両特性に対し
相反した挙動を示すこと、Ｍｎ、Ｎｉの増加は粉砕性を
改善すると共に非磁性化にも有効であること、このとき
ＣおよびＰを含めてそれぞれの成分間の含有量の関係を
規制した組成にすることにより、優れた粉砕性とともに
実質的な非磁性化が可能であることがわかった。次に、
後記実施例に示したように、大量溶解においてその結果
を確認し、所期の目標を達したものである。

【００１１】表１に少量溶解実験（高周波誘導加熱炉、
溶解量２ｋｇ）において作製した鋳片、すなわち、鉄系
Ｓｉ−Ｍｎ−Ｎｉ合金の組成、粉砕性およびビッカース
硬度（Ｈｖ）の測定値、磁性の評価試験結果例を示す。
粉砕性試験は、図３に示した形状のリングミル粉砕機に
よる短時間粉砕で、粒径２１２μｍ以下が占める割合に
より評価した。図３（ａ）はリングミル粉砕機の図３
（ｂ）のＢ−Ｂ´平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ
−Ａ´断面図であり、底部材３と一体である外筒１の中
に内リング２が挿入されており、底部材３を所定の条件
で水平振動を付与すると、内リング２は移動し、外筒１
と内リング２の間に挿填された鋳片は衝撃を受けて粉砕
される。

【００１２】粉砕性の評価は、粗粉砕した鋳片（平均サ
イズ１０〜２０ｍｍ塊）を約１００ｇ挿填し、振幅約１
００ｍｍ、振動数１８００回／分、６０秒間衝撃を与え
た後、粒径２１２μｍ以下の割合が５０％以上の場合を
粉砕性良好（記号○印）、５０％未満の場合を粉砕性不
充分（記号△印）とした。なお、６０秒間の衝撃で粒径
２１２μｍ以下の割合が５０％以上得られるという粉砕
性であれば、フェロマンガンやフェロシリコンなどの鉄
合金の製造に一般的に使用されている機械的粉砕法で十
分に実用化が可能であることを確認した。

【００１３】図１は本発明を含む鉄系Ｓｉ−Ｍｎ−Ｎｉ
合金の組成と粉砕性の関係を示したものである。さら
に、Ｓｉが５．０％以上、（Ｍｎ＋Ｎｉ）が２５％以
上、Ｓｉについては（Ｍｎ＋Ｎｉ）およびＣにより制約
された領域が粉砕性が良好な組成範囲である。この領域
内にあって粉砕性が不充分なものは、本発明が限定する
Ｃ、Ｓｉおよび（Ｍｎ＋Ｎｉ）との関係を満足しない場
合である。

【００１４】粉砕性が良好であった鋳片のビッカース硬
度（Ｈｖ）の測定値は、いずれも５５０以上であった。
鋳片のビッカース硬度（Ｈｖ）が５５０以上のものは、
手ハンマーで叩く程度の衝撃によってもひび割れが生じ
たり、粗粉砕が可能で、その破面は劈開破面となってい
る。Ｃ，Ｓｉ，ＭｎおよびＮｉはいずれも鋳片のビッカ
ース硬度（Ｈｖ）を高くして粉砕性を向上させる成分で
あるが、その度合いが異なる。鋳片の組成とビッカース
硬度（Ｈｖ）の関係を、一連の実験によって求めたのが
下記（１）式である。

【００１５】 Ｈｖ＝３８０Ｃ＋１３０Ｓｉ＋１０Ｍｎ＋８Ｎｉ＋［Ｐ］−１０７６ … （１）式 但し、Ｐ＜０．１０の場合は［Ｐ］＝０ Ｐ≧０．１０の場合は［Ｐ］＝８０ この（１）式において、算出されたＨｖの値が５５０以
上であれば粉砕性が良好で、一方、Ｈｖの値が５５０未
満であれば粉砕性が不充分となる。

【００１６】従って、（１）式に粉砕性が良好になるた
めの条件としてのＨｖ≧５５０を代入すると、下記
（２）式および（３）式が導かれる。 Ｓｉ≧１２．５１−２．９２Ｃ−０．０７７Ｍｎ−０．０６２Ｎｉ … （２）式 但し、Ｐ＜０．１０の場合。 Ｓｉ≧１１．８９−２．９２Ｃ−０．０７７Ｍｎ−０．０６２Ｎｉ … （３）式 但し、Ｐ≧０．１０の場合。

【００１７】図１中に示した本発明による鉄系Ｓｉ−Ｍ
ｎ−Ｎｉ合金（○印）は、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，ＮｉにＰを
加えた粉砕性に関する前記関係式をいずれも満足する組
成となっている。図２は本発明を含む表１の鉄系Ｓｉ−
Ｍｎ−Ｎｉ合金において、鋳片の組成と磁性の関係を求
めた結果である。縦軸のオーステナイト指数（Ａ／Ｆ）
は、一連の実験結果を基に下記（４）式により算出し
た。

【００１８】 Ａ／Ｆ＝〔３０Ｃ＋０．５（Ｍｎ＋Ｎｉ）〕／１．５Ｓｉ … （４）式 つまり、オーステナイト指数（Ａ／Ｆ）とは、Ｃ，Ｓ
ｉ，ＭｎおよびＮｉによって求められる値であり、この
値が大きな値になる程、合金鉄のオーステナイト化傾向
が強くなり非磁性化に対して好ましい。一方、Ｓｉはフ
ェライト形成能が高い成分であり磁性化の方に働くとい
う意味を持っている。縦軸はフェライトメーターで測定
した鋳片のフェライト量（α）であり、この値が小さい
程、非磁性化傾向が大きい。

【００１９】この図２から、オーステナイト指数（Ａ／
Ｆ）が大きくなるに伴って、フェライト量（α）が減少
し、測定のばらつきを考慮しても、このオーステナイト
指数（Ａ／Ｆ）が２．４０〜２．８０になるとフェライ
ト量（α）は殆ど消失し、いわゆる非磁性化することが
判る。従って、本発明の鉄系Ｓｉ−Ｍｎ−Ｎｉ合金およ
びその合金粉が実質的に非磁性であるためには、（４）
式においてＡ／Ｆ≧２．４０であればよく、このときの
Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ及びＮｉの関係は下記（５）式の関係式
で規制されることになる。 Ｓｉ≦８．３Ｃ＋０．１４（Ｍｎ＋Ｎｉ） … （５）式 つまり、Ｓｉは粉砕性改善効果の大きい成分であるが、
非磁性化の面から含有量が制限される。

【００２０】本発明による粉砕性および非磁性化とも良
好になる鉄系Ｓｉ−Ｍｎ−Ｎｉ合金はいずれもフェライ
ト量が１．０％以下であり、これを粉砕した合金粉の磁
性について振動試料型磁力計で測定した結果、比透磁率
（μ）が１．１０以下であった。比透磁率（μ）が１．
１０以下という値は磁性を僅かに帯びる性質を有する限
界値であって実質的に非磁性と言える。例えば溶接用フ
ラックス入りワイヤでのフラックス原料として使用する
場合の用途等を考慮すると、比透磁率（μ）が１．１０
以下であればフラックス入りワイヤ製造工程のシーム溶
接に際しても溶接欠陥が全く発生しない。なお、本発明
の合金鉄は粉砕性が良好なため、大量処理する機械的粉
砕工程を通しても、特に磁性を帯びることがなく、比透
磁率（μ）が１．１０以下の合金粉が実用的にも充分に
製造可能であることを確認した。

【００２１】本発明における粉砕性と非磁性化に係わる
各成分の関係については、上記の通りであるが、以下に
各成分範囲の限定理由について説明する。 Ｃ：０．３０〜１．２０％ Ｃは粉砕性を良好にし、また、非磁性化にも有効に作用
する成分であり、０．３０％以上必要である。Ｃが０．
３０％未満では鋳片のビッカース硬さ（Ｈｖ）が５５０
以上になりにくく、粉砕が困難になる。Ｃの上限につい
ては、この値が１．２０％を超えても粉砕性及び非磁性
化に対する効果は殆ど変わらない。そこでＣの範囲を
０．３０〜１．２０％とした。

【００２２】Ｓｉ：５．０〜１２．０％ Ｓｉは５．０％以上含有させることによって粉砕性が顕
著に向上するが、１２％を超えても粉砕性は殆ど変わら
ない。また、Ｓｉは磁性の面から前述のように他の成分
の含有量によって抑制する必要があり、これらから上限
を１２．０％に限定した。なお、Ｓｉが５．０％未満に
なると粉砕性が急激に悪くなる。

【００２３】Ｍｎ：１９〜４２％ Ｍｎは、ビッカース硬度（Ｈｖ）に対する寄与度が小さ
いことから、粉砕性については、ＣやＳｉ程に強くはな
いが、この合金鉄を非磁性の安定したオーステナイト相
に保持するために、最低１９％程度は必要であり、一
方、前述したようにフェライト形成能の強いＳｉが１２
％程度になると、低Ｎｉの場合は非磁性化のためにＭｎ
は４０％以上必要になってくる。そこでＭｎの範囲は１
９〜４２％とした。

【００２４】Ｎｉ：１〜３０％ まず、粉砕性に対しては、前述のようにビッカース硬度
（Ｈｖ）の計算式のＮｉの係数は８（Ｍｎの係数は１
０）で、Ｍｎよりもその効果が幾分小さい。また、非非
磁性化に対しては、オーステナイト指数を求める計算式
のＮｉの係数はＭｎと同じ０．５であり、Ｍｎと全く同
等の働きをすることが確かめられた。Ｎｉが１％未満で
は得られる合金及びその合金粉の用途が狭くなる。粉砕
性および非磁性化に３０％まで有効であることを確認し
た。

【００２５】Ｍｎ＋Ｎｉ＝２５〜６０％ ＭｎとＮｉの合計が２５％未満では粉砕性が悪い。一
方、６０％を超えても粉砕性への効果は変わらないの
で、上限を６０％とした。本発明の鉄系Ｓｉ−Ｍｎ−Ｎ
ｉ合金に微量のＰを添加することは、前述のようにビッ
カース硬度（Ｈｖ）の上昇、すなわち、粉砕性の向上に
効果的である。Ｐを０．１０％以上添加するとビッカー
ス硬度（Ｈｖ）は約８０も上昇する。しかしながら、余
り多量に添加すると本発明の合金粉を使用した鋼成品の
材質を脆化させる危険性があるので、本発明でＰを添加
する場合は上限を０．４０％とした。

【００２６】鉄系Ｓｉ−Ｍｎ−Ｎｉ合金粉の粒径を２１
２μｍ以下とした理由は、例えば溶接用フラックス入り
ワイヤの原料として使用する場合の用途等を考慮した場
合に、粒径２１２μｍ以下の粉体であれば、ワイヤの製
造工程における歩留りの向上、また、フラックス成分の
偏析防止及び溶接性能のばらつき減少などの利点がある
ことによる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて、さらに具
体的に説明する。高周波誘導加熱炉（溶解量２５０ｋ
ｇ）を用いて、多量溶解により本発明の効果を確認し
た。所定の組成に基づいて配合した原料を溶解して鋳込
み、厚さ２０〜５０ｍｍの鋳片を得た。この鋳片をジョ
ークラッシャー粉砕機で粗粉砕し、さらにこれをロッド
ミルで微粉砕した後、粒径２１２μｍで篩分けという一
貫工程により鉄系Ｓｉ−Ｍｎ−Ｎｉ合金粉を製造した。
表２に鋳片の組成、ビッカース硬度（Ｈｖ）の計算値及
び測定値、粉砕性の評価、実験結果フェライトメーター
によるフェライト量（α）、表３に得られた合金粉の粒
度構成及び非透磁率（μ）の測定結果を示した。本発明
に該当する実施例Ｎｏ．３３〜３７はいずれも多量溶解
製造で、常法の機械的粉砕方法においても、前記少量溶
解実験結果を再現することが確かめられた。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】

【表３】

【００３１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によって、製
造工程において極めて粉砕性が良好で、また実質的に非
磁性の鉄系Ｓｉ−Ｍｎ−Ｎｉ合金及びその合金粉を大量
生産することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に含む鉄系Ｓｉ−Ｍｎ−Ｎｉ合金におい
て鋳片の組成と粉砕性の関係を示す図である。

【図２】本発明を含む鉄系Ｓｉ−Ｍｎ−Ｎｉ合金におい
て鋳片の組成と磁性の関係を示す図である。

【図３】粉砕性評価に使用したリングミル粉砕機を示す
概略図である。

【符号の説明】

１ 外筒 ２ 内筒リング ３ 底部材 ４ 上蓋 ５ 鋳片

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鎌田 政男 東京都中央区築地三丁目５番４号 日鐵溶 接工業株式会社内 (72)発明者 西村 均 東京都中央区築地三丁目５番４号 日鐵溶 接工業株式会社内 (72)発明者 鈴木 邦輝 東京都中央区日本橋小網町８番４号 日本 重化学工業株式会社内 (72)発明者 菊池 俊士 東京都中央区日本橋小網町８番４号 日本 重化学工業株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、 Ｃ：０．３０〜１．２０％、 Ｓｉ：５．０〜１２．０％、 Ｍｎ：１９〜４２％、 Ｎｉ：１〜３０％を含み、 残部Ｆｅからなり、かつ、 Ｍｎ＋Ｎｉ＝２５〜６０％、 Ｓｉ≧１１．８９−２．９２Ｃ−０．０７７Ｍｎ−０．
   ０６２Ｎｉを満たし、さらに、ビッカース硬度（Ｈｖ）
   ≧５５０であることを特徴とする粉砕性の良好な鉄系Ｓ
   ｉ−Ｍｎ−Ｎｉ合金。
2. 【請求項２】 重量％で、 Ｃ：０．３０〜１．２０％、 Ｓｉ：５．０〜１２．０％、 Ｍｎ：１９〜４２％、 Ｎｉ：１〜３０％、 残部Ｆｅからなり、かつ、 Ｍｎ＋Ｎｉ＝２５〜６０％、 Ｓｉ≧１１．８９−２．９２Ｃ−０．０７７Ｍｎ−０．
   ０６２Ｎｉ、 Ｓｉ≦８．３Ｃ＋０．１４（Ｍｎ＋Ｎｉ）を満たし、さ
   らに、ビッカース硬度（Ｈｖ）≧５５０、および比透磁
   率（μ）が１．１０以下であることを特徴とする粉砕性
   の良好な鉄系Ｓｉ−Ｍｎ−Ｎｉ合金。
3. 【請求項３】 Ｐ：０．１０〜０．４０％を含有するこ
   とを特徴とする請求項１または２記載の鉄系Ｓｉ−Ｍｎ
   −Ｎｉ合金。
4. 【請求項４】 粒径２１２μｍ以下であることを特徴と
   する請求項１〜３記載の鉄系Ｓｉ−Ｍｎ−Ｎｉ合金粉。